Manuel d'hydraulique à l'intention des pécheurs

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Partie. Machinerie de pont, générateurs de forcemotrice et tiansmissions

2` Partie._Principés de transmission hydraulique de l'énergieB ,^..^âï0eH; r

QL6 26C314no. 37Fv.1

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TREUIL DE CHALUT

TREUIL DE CHALUTTYPE 70C-E

IPublication diverse spéciale 37F

S

PHASE 1, PHASE 2 PHASE 3

Pêches et Environnement Canada

Services des pêches et de la mer

Direction de l'information et des publications scientifiques

1+ Fisheries and the Environment Canada

Fisheries and Marine Service

Scientific Information and Publications Branch

Conception graphique de la couverture: Christine Rusk Ottawa K1A 0E6

@Ministre des Approvisionnements et Services Canada 1978

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Approvisionnements et Services Canada Ottawa, Canada K1A 0S9

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Un exemplaire de cette publication a été déposé, pour référence, dans les bibliothèques publiques partout au Canada

No de catalogue Es 41-31/37-1F

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Imprimerie Gauvin Ltée

09KT KF801-8-0439

Publié par Published by On devra référer comme suit à cette publication :

Ministère des Pêches et de l'Environnement, 1978, 1" Part. Machinerie de pont, générateurs de force motrice et transmissions; 2e Part. Principes de transmission hydraulique de l'énergie, 10 p. Dans Manuel d'hy-draulique à l'intention des pêcheurs, Fish Mar. Serv. Misc. Spec. Publ. 37F (fascicule 1).

Ni 3 7F

.1)

PUBLICATION DIVERSE SPÉCIALE 37F

(Traduction française de la publication diverse spéciale «Hydraulics Manual for Fishermen» publiée en 1978)

•

Manuel d'hydraulique à l'intention des pêcheurs'

Fascicule

IJI

i re Partie. Machinerie de pont, générateurs de force motrice et transmissions

2e Partie. Principes de transmission hydraulique de l'énergie

Ministère des Pêches et de l'Environnement Service des pêches et de la mer

Direction des services aux pêcheurs Ottawa, Canada K1A 0E6

MINISTÈRE DES PÊCHES ET DE L'ENVIRONNEMENT SERVICE DES PÈCHES ET DE LA MER

Ottawa 1978

'Ce manuel s'inspire d'une étude effectuée à forfait par R.J. Harding, P.Eng., Dowty Equipment of Canada Limited pour le compte de la Direction des services aux pêcheurs, Service des pêches et de la mer, ministère des Pêches et de l'Environnement.

AVIS

La.mention de produits de propriété privée n'équi-vaut pas à un endossement ni du produit ni de lasociété. Est strictement défendue toute référence auministère des Pêches et de l'Environnement (MPE) ouà la présente publication dans toute annonce publici-taire ou promotion de ventes qui pourrait indiquer oufaire croire que le MPE approuve, recommande ouendosse tout produit ou matériel de propriété privéementionné dans cette brochure, ou qui aurait commeobjet l'intention d'inciter directement ou indirectementà utiliser ou acheter le produit annoncé à cause de laprésente publication du MPE.

TABLE DES MAIlÈRES

AVANT-PROPOS V

ire Partie Machinerie de pont, générateurs de force motrice et transmissions 1. INTRODUCTION 1

2. MACHINES POUR BATEAUX DE PÊCHE 1 2.1 Treuils 1

2.1.1 Puissance requise par le treuil 1 2.2 Machinerie auxiliaire 1

3. GÉNÉRATEURS DE FORCE MOTRICE 1

4. TRANSMISSIONS 1 4.1 Une transmission efficace est nécessaire 3 4.2 Méthodes de transmission de l'énergie 3

4.2.1 Transmission mécanique de l'énergie 3

4.2.2 Transmission électrique de l'énergie 3 4.2.3 Transmission pneumatique de l'énergie 3 4.2.4 Méthode idéale de transmission de l'énergie 4 4.2.5 Transmission hydraulique de l'énergie 4

2e Partie Principes de transmission hydraulique de l'énergie 1. INTRODUCTION 4 2. PROPRIÉTÉS D'UN LIQUIDE 4 3. COMMENT SE TRANSMET L'ÉNERGIE HYDRAULIQUEMENT? 5 4. SIGNIFICATION DE LA PRESSION 5 5. TRANSMISSION DE LA PRESSION 6 6. PRINCIPE DU LEVIER HYDRAULIQUE 6 7. VÉRIN HYDRAULIQUE 6

7.1 Levier hydraulique 6 7.2 Rochet hydraulique 8 7.3 Levier mécanique ° 8

8. SYSTÈME DE BASE DE TRANSMISSION HYDRAULIQUE 8 9. CIRCUIT HYDRAULIQUE 8

10. CARACTÉRISTIQUES DE L'ÉCOULEMENT DES LIQUIDES 9

11. CHUTE DE PRESSION 9 RÉFÉRENCES 10

FIGURES

1 Effets de l'efficacité de transmission sur la charge du moteur 2 2 Désavantages des transmissions mécaniques 2 3 Désavantages des commandes électriques 3 4 Similitude entre transmissions hydraulique et électrique 5 5 Signification de la pression 5 6 Transmission de la pression 7 7 Leviers hydraulique et mécanique 7 8 Le vérin hydraulique, un système hydraulique de base 7 9 Écoulements laminaire et turbulent 9

10 Chutes de pression utile et inutile 9

ill

AVANT-PROPOS

Pour bien gagner sa vie, le pêcheur doit tirer le plus grand profit possible de ses prises. Il n'a à peu près pas de contrôle sur le nombre de poissons à sa dispo-sition non plus que sur la demande pour son produit; son métier est de capturer le poisson. Pour cela, il lui faut un bon outillage, sans que ce dernier soit nécessaire-ment le plus dispendieux. Cependant, l'équipement doit être sûr, efficace, fiable, durable et économique. La machinerie de pont aide le marin pêcheur à manipuler les filets et à transformer le poisson. Pour fonctionner, cette machinerie doit avoir une source d'énergie. Comme cette énergie doit être transmise, le générateur de force motrice et la transmission doivent être tout aussi fiables que la machinerie elle-même. On s'accorde généralement à dire que les machines et les générateurs de force motrice sont fiables mais que la transmission est le chaînon faible, surtout s'il s'agit d'une transmission hydraulique. Cette opinion est quelque peu justifiée : il y eut dans le passé beaucoup d'erreurs de commises dans le design et l'installation des transmissions hydrauliques. Cependant, la ,transmission hydraulique de l'éner-gie convient particulièrement bien au fonctionnement de la machinerie de pont. Si elles sont bien conçues et installées, les transmissions hydrauliques sont sûres et fiables au point qu'on les utilise dans les grands aéronefs. Par ailleurs, pour bien fonctionner, une transmission hydraulique doit être conçue, installée et entretenue par des personnes qui s'y connaissent.

Ce manuel comprend six fascicules séparés. On y décrit les idées, les maté-riaux et les méthodes qui ont permis de créer une transmission hydraulique sûre, efficace et fiable. Chaque sujet est en général traité brièvement, et quelques points ont sans doute été omis; cependant, le manuel veut aider le mécanicien à mieux comprendre l'hydraulique. Bien que s'adressant surtout à ces derniers, le manuel devrait également être utile aux concepteurs de systèmes et aux dessinateurs parce qu'il met l'accent sur l'aspect pratique. Le mécanicien doit avoir une certaine con-naissance des principes sur lesquels est fondée la conception des transmissions hydrauliques, réaliser l'importance d'une grande propreté à l'intérieur du système et être au fait de la nécessité de maintenir la température à un niveau raisonnable. Il lui faut comprendre la façon dont les divers composants fonctionnent et com-ment procéder avec les travaux de dépannage et de réparation. Le mécanicien en charge des systèmes hydrauliques doit avoir des connaissances et des aptitudes spéciales, et ce manuel lui fournira une partie de ces connaissances. Il acquerra une compétence technique en appliquant ces connaissances à son travail.

Direction des services aux pêcheurs Service des pêches et de la mer

Ministère des Pêches et de l'Environnement

1Te Partie. Machinerie de pont, générateurs de force motrice et transmissions

1. INTRODUCTION

Pour faciliter son travail et augmenter sa produc-

tivité, le pêcheur a besoin de machines. Lorsqu'ilachète une machine, il lui faut songer au type, à l'éner-gie requise pour l'actionner et à la façon dont cetteénergie est transmise à la machine. Nous examinonsdans la première partie de ce fascicule la machinerieet autre outillage de pêche, le type de générateursd'énergie disponibles et les diverses façons dont cettedernière est transmise aux machines.

2. MACHINES POUR BATEAUX DE PÊCHE

2.1 TreuilsLes machines les plus utiles aux pêcheurs sont

celles qui servent à manipuler les câbles. Parmi celles-ci, le treuil est la machine la plus commode. Chaquebateau de pêche commerciale, avec l'exception possibledes petits bateaux côtiers, en possède un ou plusieurs.Il faut des modèles de treuils différents pour différentesméthodes de pêche, mais fondamentalement un treuilest un tambour ou moulinet sur lequel le câble estenroulé. Le tambour est supporté par des coussinetsqui lui permettent de tourner. La taille du tambourdépend du diamètre et de la longueur du câble. C'estun appareil simple et pratique mais qui devient pluscompliqué si l'on y ajoute des freins, des embrayages,des monte-douce et autres auxiliaires.

Le treuil est actionné par un moteur et la taillede ce dernier dépend de la puissance requise. Pluscelle-ci est grande, plus gros est le moteur, et un grosmoteur occupe un espace précieux sur le pont. Sur laplupart des bateaux de pêche, on ne dispose ordinaire-ment pas d'espace supplémentaire sur le pont de tra-vail, là où le treuil est ordinairement installé. Il estdonc important que le treuil et le moteur soient tousdeux aussi compacts que possible. Finalement, lestreuils sont ordinairement exposés aux intempéries etdoivent pouvoir fonctionner à l'eau et au froid.

2.1.1 Puissance requise par le treuil La puissance

nécessaire au fonctionnement du treuil dépend de latraction du câble et de la vitesse à laquelle il est rentré.En marche, le treuil devra non seulement appliquerune forte tension au câble, mais aussi le rentrer à bassevitesse. Cette forte tension couplée à de faibles vitessesrequiert beaucoup de puissance. À bord des grandschalutiers canadiens on a des treuils qui peuvent de-mander jusqu'à 400 chevaux-vapeur (cv); les treuilsde 200 cv sont plus communs, et on utilise beaucoupdes treuils de capacités comprises entre 15 et 50 cv.Les treuils servent à rentrer et à entreposer le câble,et requièrent une force motrice durant toute la période

de remontée du câble et d'enroulement autour du tam-bour. Pour les gros treuils de chalut, cela peut prendre10 minutes (min) ou plus; les treuils auxiliaires pluspetits peuvent exiger seulement une minute ou deuxde puissance continue.

2.2 Machinerie auxiliaireL'équipage, en plus de manipuler les câbles, a

souvent besoin d'aide pour ouvrir et fermer des lourdesportes et déplacer des mâts de charge. Souvent, letreuil peut accomplir ces tâches, mais une commande,avec mouvement alternatif de son axe conviendraitmieux. Ce type d'appareil, quand on peut l'utiliser, estplus léger, plus compact et moins dispendieux qu'un

treuil. On a parfois besoin d'un convoyeur mécanisépour amener le poisson aux chambres d'entreposageou l'en sortir. De plus, la plupart des bateaux doiventavoir des systèmes de pilotage motorisés. Ces machines,et d'autres encore, ne sont utiles au pêcheur qu'en au-tant qu'elles sont d'un fonctionnement sûr et l'aident àretirer le maximum de profit de ses opérations.

3. GÉNÉRATEURS DE FORCE MOTRICE

On désigne sous ce nom tout appareil qui en-gendre de l'énergie. Le générateur le plus commun surun bateau de pêche est le moteur diesel. Tous lesgénérateurs de force motrice fournissent une énergiemécanique au moyen d'un arbre rotatif. L'énergieengendrée est affectée par la vitesse de l'arbre. Les géné-rateurs de force motrice donnent leur rendement maxi-mum à des vitesses constantes. C'est également à desvitesses constantes qu'ils fournissent le mieux leur éner-gie «nominale» et ont une durée de vie raisonnable.

4. TRANSMISSIONS

En général, plus la distance sur laquelle l'énergiedoit être transmise est courte, plus l'opération estefficace. Il est donc désirable de placer le générateurde force motrice le plus près possible de la machine.Sur un bateau de pêche, cependant, le générateur de

force motrice ne peut pas toujours être installé prèsdes machines qu'il actionne, et ce pour plusieurs rai-

sons. Les moteurs diesel sont volumineux et doiventêtre protégés contre les intempéries. Ils ne peuventêtre installés sur le pont de travail et autres endroitsoù l'espace est limité. Il faut donc, dans bien des cas,que l'énergie soit transmise à la machine sur une cer-taine distance. De plus, les machines ont rarementbesoin de la vitesse constante de l'arbre du générateurde force motrice. La machine possède sa propre gammede vitesses d'opération et doit être mise en marche et

1

Ce' eqà,

PEU DE CHALER (PEU DE PERTE DE PUISSANCE)

.11111.-.—•■•••■■ PEU DE FRICTION

UNE TRANSMISSION EFFICACE

CHALEUR (PERTE DE POUVOIR)

1+ -ïe+44l UNE TRANSMISSION INEFFICACE

TRANSMISSION

erreSTnrinir GRANDE FRICTION

MACHINE

oo

ARBRE DE COMMANDE, ROUES DENTÉES ET CHATNES SONT ENCOMBRANTS

1.11■11

ENTRETIEN CONSTANT

ON NE PEUT MODIFIER LA VITESSE DE LA MACHINE QU'EN MODIFIANT CELLE DU MOTEUR D'OÙ GASPILLAGE DE CARBURANT

HUILE

LES COMMANDES MÉCANIQUES EXPOSÉES SONT DANGEREUSES /./_;•

FIG. 1 Effets de l'efficacité de transmission sur la charge du moteur

FIG. 2 Désavantages des transmissions mécaniques

2

stoppée indépendamment du générateur de force mo-trice. C'est dans ce.but qu'une transmission est instal-lée entre le générateur et la machine. Une transmissionpeut être un simple embrayage qui permet de désem-brayer la machine, mais elle est normalement un assem-blage complexe de composants donnant à l'opérateurun contrôle précis de la vitesse de la machine.

4.1 Une transmission efficace est nécessaireUne des lois de la nature est qu'aucun dispositif

servant à transmettre l'énergie n'est efficace à 100 %.En d'autres mots, quand l'énergie engendrée est trans-mise à une machine, une partie de cette énergie estutilisée pour vaincre la résistance due à la friction àl'intérieur de la transmission, et cette énergie se perdavant d'arriver à la machine. Il faut éviter cette perted'énergie pour les raisons suivantes :(1) elle peutcauser une surchauffe de la transmission et (2) l'éner-gie utilisée pour vaincre la friction n'est pas disponiblepour actionner la machine et est perdue. Il faut doncque le générateur de force motrice engendre suffisam-ment d'énergie pour actionner la machine et vaincre lesforces de friction à l'intérieur de la transmission (fig.1) . Si les pertes de transmission sont faibles, l'efficacitéest grande et il y a peu de chaleur d'engendrée. Legénérateur de force motrice engendre l'énergie requisepar la machine et, en plus, celle que représentent lespertes. Si par ailleurs les pertes de transmission sontélevées, l'efficacité est faible et il y a beaucoup dechaleur d'engendrée. La charge supplémentaire im-posée au générateur de force motrice par une trans-mission inefficace augmente la consommation decarburant, cause une plus grande usure tant au géné-rateur de force motrice qu'à la transmission et réduitla durée de vie utile de ces derniers.

4.2 Méthodes de transmission de l'énergieLes bateaux de pêche ont plusieurs besoins éner-

gétiques qui ne peuvent être satisfaits par l'énergiemécanique fournie par un moteur diesel. Il faut donctrouver d'autres sources d'énergie en convertissantl'énergie mécanique de l'arbre rotatif en énergie élec-trique, pneumatique ou hydraulique, selon les besoins.On peut donc choisir, parmi ces formes d'énergie, cellequi convient le mieux à la transmission à la machineriede pont.

4.2.1 Transmission mécanique de l'énergie Une ma-chine ne peut utiliser qu'une énergie mécanique et un

générateur de force motrice produit une énergie méca-nique. Si la machine requiert un entraînement à vitesseconstante et si elle est installée près du générateur, lesmoyens mécaniques de transmission de l'énergie à la

machine seraient les plus efficaces. Si par ailleurs le

générateur de force motrice est situé à quelque dis-tance de la machine, ou si la machine doit avoir unevitesse variable, la transmission mécanique de l'éner-

.

. \,

^ ^•... ^ •/

EN PLUS D'ETRE ENCOMBRANT,LE MOTËl1R ÉLECTiiYOUEDOIT EfRE1SOIGNEUSEMENTPROTÉGÉ

AVEC UN MOTEUR HYDRAULIQUE, ON A PLUSD'ESPACE POUR TRAVAILLER ET IL NE REQUIERTPAS DE PROTECTION SPÉCIALE

FIG. 3 Désavantages des commandes électriques

gie convient moins bien. Les courroies, chaînes etarbres transmettant l'énergie sur de grandes distancesoccupent beaucoup d'espace, et les dispositifs detransmission 'exposés doivent être munis de gardesappropriées. En l'absence de telles gardes, la ligne detransmission présente un danger constant pour l'équi-page. De plus, les transmissions exposées requièrentordinairement plus d'entretien. Ces désavantages (fig. 2)nous incitent donc à trouver d'autres méthodes detransmission de l'énergie.

4.2.2 Transmission électrique de l'énergie Il y a surles bateaux de l'énergie électrique sous forme de cou-rant alternatif (CA) servant à l'éclairage et au fonc-tionnement des appareils de navigation et autres. Lecourant alternatif a l'avantage d'être transmis efficace-ment et économiquement sur de grandes distances etd'actionner des moteurs électriques simples et peu dis-pendieux, à vitesse constante, qui peuvent servir à plu-sieurs fins sur un bateau. Il y a cependant certainsdésavantages à la transmission de l'énergie électrique.Le moteur électrique doit avoir un enclos spécial s'ildoit être installé sur le pont ou exposé aux intempéries.Sa taille et son coût s'en trouvent augmentés d'autant.Si l'on a besoin d'une vitesse variable, il faut avoir lecourant continu (CC). Cela nécessite une conversiond'énergie supplémentaire, avec appareils de contrôledispendieux et volumineux. La transmission de l'éner-

gie électrique ne convient donc pas très bien à l'entraî-nement de la machinerie de pont (fig. 3).

4.2.3 Transmission pneumatique de l'énergie Onutilise communément l'air comprimé à bord des ba-

teaux. Il a le grand avantage d'être propre et de ne pas

contaminer les alentours. L'énergie peut facilement êtretransmise sur des distances modérément longues aumoyen de tuyaux. De plus, les commandes actionnées

3

à l'air comprimé peuvent être utilisées sans protection spéciale dans des endroits dangereux ou mouillés. Le principal désavantage de l'air comprimé comme agent de transmission de l'énergie est, sa compressibilité. Pour cette raison, la vitesse d'un moteur ou d'un cylindre à air change à mesure que la charge se déplace et, par conséquent, elle est très difficile à contrôler.

4.2.4 Méthode idéale de transmissiOn de l'énergie D'après ce qui a été dit plus haut, la méthode idéale de transmission de l'énergie du générateur de force motrice à la machine a les qualités suivantes :

1) Elle peut transmettre l'énergie efficacement et sûrement sur des distances comparables à la taille du bateau.

2) Les commandes qui convertissent l'énergie trans-mise en énergie mécanique peuvent fonctionner sur le pont ou dans un endroit exposé aux intempéries, sans protection spéciale.

3) Les composants de la transmission, en particulier les commandes qui actionnent les machines, sont petits par rapport à la quantité d'énergie qu'ils transmettent; i.e. ils ont un rapport puissance-poids élevé.

4) Le système de transmission est facilement contrô-lable et peut donner des vitesses variables.

5) L'agent de transmission de l'énergie est sûr et ne contamine pas le milieu.

6) Son coût se compare favorablement à celui des autres méthodes de transmission.

4.2.5 -Transmission hydraulique de l'énergie La transmission de l'énergie par des moyens hydrauliques satisfait à toutes ces exigences. Avec un système hy-draulique bien conçu et'installé, on peut transmettre l'énergie à n'importe quelle partie du bateau et on peut facilement et en toute sûreté contourner les coins. Les moteurs hydrauliques standard, les commandes rota-tives et les cylindres peuvent fonctionner à l'extérieur et à des endroits exposés aux intempéries, sans protec-tion spéciale. Un moteur hydraulique peut fonctionner à haute pression et n'occuper qu'un sixième de l'espace d'un moteur électrique équivalent ou un dixième d'un moteur à air. Les cylindres hydrauliques peuvent four-nir un mouvement compact de va-et-vient, et les com-mandes rotatives, un mouvement oscillant de l'arbre. Les commandes électriques comparables ne sont pas pratiques, et les commandes pneumatiques sont beaucoup plus volumineuses. Les transmissions hy-drauliques peuvent être précisément et facilement contrôlées de plusieurs façons, soit à la transmission elle-même, soit par télécommande. Il est facile d'ob-tenir et de contrôler une vitesse variable de l'arbre de commande. Dans un système hydraulique, l'agent de transmission est un liquide tout à fait inoffensif, pourvu qu'il soit maintenu à l'intérieur du système. Cette condition peut être réalisée par une bonne conception technique, et une installation et un entretien soignés. Finalement, un système de transmission hydraulique est ordinairement plus petit et moins dispendieux d'achat et d'installation que ses concurrents.

•

r Partie. Principes de la transmission hydraulique de l'énergie

1. INTRODUCTION

La transmission de l'énergie d'un générateur de force motrice à la machinerie par des moyens hydrau-liques est efficace, sûre et économique. Mais qu'est-ce au juste que l'hydraulique et comment fonctionne-t-elle? Tout d'abord, l'énergie est transmise par un li-quide. Le chaînon mécanique reliant le générateur de force motrice à la machine est converti en chaînon hydraulique. Comme résultat, l'énergie est transmise plus sûrement et est plus facile à contrôler. En effet, le liquide remplace les courroies, chaînes et arbres qui transmettent l'énergie mécaniquement. Pour y arriver toutefois, le liquide doit être manipulé d'une certaine manière. Celui qui travaille avec des systèmes hydrau-liques doit avoir une certaine connaissance des carac-téristiques spéciales d'un liquide et des principes qui•en règlent l'application.

2. PROPRIÉTÉS D'UN LIQUIDE

Le liquide est l'élément vital d'un système hydrau-

ligue, et ses caractéristiques (propriétés) spéciales lui permettent de transmettre l'énergie hydrauliquement.

La propriété la plus évidente d'un liquide est d'être un fluide et de s'écouler facilement. Cela est dû au fait que les molécules ne sont pas aussi étroitement liées entre elles que celles d'un solide et qu'elles se déplacent librement les unes par rapport aux autres. Grâce à cette propriété également, un liquide ne pos-sède pas de forme propre mais prend plutôt celle du récipient qui le contient. Un liquide a une faible ten-sion, c'est-à-dire qu'on ne peut le tirer vers soi mais qu'on doive plutôt le pousser. Il doit donc être entière-ment renfermé. Une autre propriété importante d'un liquide est sa paresse : il suit toujours la voie de moindre résistance. Quand le liquide est renfermé et peut être poussé, il est capable de transmettre l'énergie. Il est presque impossible de réduire le volume d'un liquide, même avec l'application d'une très haute pres-sion. Grâce à cette importante propriété, les transmis-sions hydrauliques sont faciles à contrôler. On appelle «incompressibilité» cette aptitude d'un liquide à résis-ter à toute diminution de volume. Les changements de

•

volume qui se produisent sont minimes et, en pratique,peuvent être ignorés.

3. COMMENT SE TRANSMET L'ÉNERGIEHYDRAULIQUEMENT?

Facile à déplacer et difficile à comprimer, un li-quide est utile pour transmettre l'énergie. Le liquideprend la forme du récipient qui le contient et peut êtrerenfermé dans une tuyauterie qui le transportera, parla route la plus commode, du générâteur de force mo-trice à la machine. Comme son volume ne peut êtreréduit, un liquide poussé dans un tuyau à une extré-mité déplacera la même quantité à l'autre extrémité.Ce qui se produit à l'extrémité générateur de forcemotrice se répète à l'extrémité machine, tout commesi les deux, étaient reliés mécaniquement. L'avantagedu lien hydraulique est qu'il occupe très peu d'espaceet ne se "meut pas. Le liquide s'écoule à l'intérieur detuyaux qui peuvent être fixés contre la structure dubateau, là où ils ne gênent pas.

L'arbre rotatif d'un générateur de force motriceconvient mal à pousser un liquide dans un tuyau. Ilfaut donc lui ajouter une pompe pouvant être actionnéepar le générateur de force motrice, mais qui est spé-cialement conçue pour déplacer les liquides. Contraire-ment à là pompe centrifuge communément utiliséedans les systèmes de circulation des li 1uides à bassepression, la pompe utilisée pour la transmission hy-draulique est une pompe à déplacement positif. Ellepoussera une quantité déterminée ou fixe à chaquerévolution de l'arbre d'entraînement.

Pour faire un travail utile, le liquide qui s'écouleà l'intérieur du tuyau doit actionner un appareil -quelque chose qui peut être entraîné par le liquide etqui a un arbre de sortie capable d'actionner la machine.Tout comme la pompe, c'est un appareil à déplacementpositif et on l'appelle commande. Ce peut être un

CONDUITS NYDMULIGUES

GÉNÉRATEURI DE FORCEr MOTNICE

TRANSMISSION HYDRAULIQUE

RÉGLAGE

lEUR

DE FORCE

MOTPoCE

GENEMTRR.E

TRANSMISSION tLECTRIQUE

Fic. 4 Similitude entre transmissionshydraulique et électrique

MACHINE

cylindre, un moteur ou un appareil rotatif.La transmission de l'énergie par un liquide se fait

en trois étapes. Premièrement, le mouvement de l'arbredu générateur de force motrice est transformé en dé-placement d'un liquide par une pompe à déplacementpositif. Deuxièmement, le liquide est transporté dansune tuyauterie vers la commande. Troisièmement, lacommande convertit le mouvement du liquide en unmouvement mécanique d'un arbre de sortie capabled'entraîner une machine. Le processus peut se com-parer à une commande électrique dans laquelle lapompe équivaut à la génératrice, la tuyauterie aux filsélectriques, et la commande fait le même travail qu'unmoteur électrique (fig. 4).

4. SIGNIFICATION DE LA PRESSION

La seule façon de déplacer un liquide est de lepousser. S'il y a résistance, le liquide se comprime, maisle volume demeure le même. On dit que le liquide, danscette condition, est pressurisé. Le terme «pression»appliqué à un fluide (liquide ou gaz) signifie toujoursla force de compression. Souvent, on l'indique simple-ment en livres (1b), mais en réalité il s'agit de livres-force appliquées à chaque pouce (po) carré de super-ficie supportant la charge, et on devrait l'indiquer enlivres-force par pouce carré (lb/poz). En termes plusgénéraux, la pression peut se définir comme étant «laforce appliquée à une unité de superficie».

Imaginez un réservoir contenant un liquide et unplongeur glissant librement sur la paroi intérieure maisscellé de façon à prévenir toute fuite du liquide. Il s'agitsimplement d'un cylindre contenant un piston bien.ajusté. Supposons que la superficie, en coupe transver-sale, du piston est de 10 pouces carrés (10 po2) etqu'elle supporte 500 lb. Le liquide est retenu par laparoi du cylindre et ne peut s'échapper le long du pis-ton, de sorte que le liquide doit supporter le poids. Leliquide ne se contractera pas et supportera le poidscomme le ferait un solide. Le poids de 500 lb est doncsupporté par une superficie de 10 po2 d'huile sous le

SUPERFICIE DU PISTON 10 DG'

F[c. 5 Signification de la pression

5

piston. Chaque pouce carré supporte 50 lb et la pression dans l'huile est donc de 50 lb/po2. Il est important de se rappeler que la pression engendrée dans le liquide dépend seulement de la charge qu'il a à supporter et de la superficie du piston qui la supporte (fig. 5).

Pression = charge ÷ superficie du piston lb/po2 = livres pouces carrés

5. TRANSMISSION DE LA PRESSION

À la figure 6, un manomètre inséré sur le piston (point A) indique 50 lb/po2 . Quelle est la pression indiquée aux points B et C? La même que celle du manomètre A. Cela résulte d'un autre principe de l'hy-draulique : «une force appliquée à un liquide exerce la même pression sur tous les points et dans toutes les directions du liquide.» C'est probablement le plus im-portant principe de l'hydraulique, car il démontre qu'un liquide renfermé est capable de transmettre une force et une énergie dans toutes les directions. On peut faire un pas de plus dans l'application du principe de la transmission de la pression : on place une grande chambre près du cylindre, on relie les deux par un tuyau et on remplit le tout d'un liquide, comme le montre la figure 6. Étant donné qu'on n'a rien fait d'autre pour modifier les conditions que de changer la forme du récipient et que:comme on le sait, la pression est la même à tous les points du liquide, les mano-mètres D et E indiquent également 50 lb/po2 . La hau-teur du liquide n'affecte pas le principe de la transmis-sion de la pression. On sait bien que la pression au fond d'un réservoir est plus grande qu'à la surface, mais on ne tient pas compte de cette différence dans un système hydraulique, car elle est faible par rapport aux pres-sions qui existent dans le système.

6. PRINCIPE DU LEVIER HYDRAULIQUE

Si l'on enlève le dessus de la grande chambre dans la figure 6 et qu'on le remplace par un piston, la chambre devient un autre cylindre hydraulique (fig. 7). Imaginez que la superficie de ce gros piston est de 100 p02 . Comme la pression dans tout le système est de 50 p02 , le poids total que peut supporter le piston, ou la force qu'il peut exercer, sera donc 50 lb/po2, soit 5 000 lb. Cela est 10 fois plus que l'effort appliqué au petit piston. Nous venons de créer un levier hydrau-lique avec rapport de 10 à 1 pour démontrer qu'une force de 500 lb peut supporter 5 000 lb. Le rapport d'un levier hydraulique dépend seulement de la super-ficie du gros piston comparativement à celle du petit piston et, contrairement à un levier mécanique, ne dé-pend pas des longueurs. La forme et la longueur du tuyau reliant les deux cylindres n'affectent pas le ren-dement du levier hydraulique. Afin d'obtenir une am-plification de la force de 10:1, le mouvement du petit

piston doit être 10 fois supérieur ail mouvement cor-respondant du gros piston. Dans la figure 7, si le gros piston a une course de 1 po, le petit piston a une course de 10 po et, afin de faciliter le travail, on a remplacé la longueur par la force. Le grand avantage du levier hydraulique est d'engendrer de grandes forces dans un petit espace et avec peu d'effort.

7. VÉRIN HYDRAULIQUE

Le vérin hydraulique est un outil communément employé pour soulever de lourdes charges. C'est un bon exemple d'application des leviers mécanique et hydraulique, et d'un rochet hydraulique. C'est égale-ment un système hydraulique complet, car il renferme tous les éléments nécessaires pour accomplir un travail hydrauliquement mais ici, le générateur de force mo-trice est un homme plutôt qu'un moteur (fig. 8).

7.1 Levier hydraulique Fondamentalement, le vérin hydraulique est un

levier hydraulique constitué de deux cylindres conte-nant un liquide et reliés par un tuyau. Le gros cylindre de «vérin» possède un piston qui supporte la charge, et le petit cylindre de «pompe» possède un piston mû de haut en bas par l'opérateur. Quand une lourde charge est appliquée au gros piston, elle engendre une pression dans le liquide et il faut appliquer une force moins grande (ordinairement appelé effort) au piston de pompe pour empêcher ce dernier d'être expulsé du cylindre. Dans ces conditions, l'effort contrebalance la charge et il ne se produit pas de mouvement. Pour déplacer la charge, le liquide doit être poussé du cylindre de pompe vers le cylindre de vérin. Dans l'exemple du levier hydraulique (fig. 7), imaginez un rapport de 10:1; le piston de pompe devra donc par-courir une distance 10 fois plus grande que le piston de vérin. Si le rapport est de 100:1, le piston de pompe devra parcourir une distance 100 fois plus grande que celle de la charge. Cela crée des problèmes de grosseur et de facilité d'opération qui limitent les avantages du levier hydraulique. Pour surmonter ces problèmes, on fait en sorte que la course du piston de pompe soit très courte, ordinairement environ 1 po, et que, après chaque course, le piston de pompe soit rétracté. Cela a pour effet de créer un vide dans la chambre de pom-page, attirant ainsi une quantité supplémentaire de liquide d'un réservoir avoisinant, et la-course de pom-page se répète. On pourra se demander, si un liquide n'a pas de force de tension, comment peut-il être tiré? Dans ce cas, «traction» s'applique à l'action du piston, non au liquide.

Quand le piston est rétracté, il se crée un vide dans la chambre; la pression du liquide à l'intérieur de la chambre diminue au-dessous de la pression at-mosphérique, de sorte que l'atmosphère peut pousser plus de liquide dans la pompe. Le réservoir contient

6

10

if.LEVIER MÉCANIQUE

500 lb

PIVOT

LEVIER HYDRAULIQUE

r".• •■ \

50 lb lb

500 lb

RESERVOIR D'HUILE

COURSE 1/10 po

5 000 lb

CYLINDRE DE POMPE

COURSE 1 po 1,■.11

AVANTAGE MÉCANIQUE 10:1

FIG. 6 Transmission de la pression

FIG. 7 Leviers hydraulique et mécanique

PRISE D'AIR ESSENTIELLE

CYLINDRE DE VÉRIN

FIG. 8 Le vérin hydraulique, un système hydraulique de base

7

suffisamment de liquide pour permettre au piston devérin de compléter sa pleine extension et, si le réser-voir est bien fermé, il se forme un vide à mesure quele niveau du liquide baisse. Comme aucune autre forceque la pression atmosphérique ne pousse le liquidedans la pompe, l'action du piston devient de moins enmoins efficace, jusqu'à ce que le vide dans le réservoirsoit le même que le vide dans la pompe et que letransfert de liquide cesse. C'est pourquoi le réservoirne doit pas être parfaitement scellé. Il suffit d'un petitorifice dans le couvercle pour que la pression atmo-sphérique soit maintenue à l'intérieur du réservoir etque le maximum de «poussée» soit toujours disponible

pour remplir la pompe de liquide.

7.2 Rochet hydrauliqueQuand le piston pompant d'un vérin hydraulique

chasse un liquide de façon répétée pour se rétracterensuite, on peut l'appeler rochet hydraulique. Pour quele rochet hydraulique soit efficace, il faut empêcher leliquide de sortir avec force du cylindre de vérin aumoment où le piston se retire du cylindre de pompe.On insère dans le tuyau, entre les cylindres, un clapetde non-retour qui permet au liquide de passer du cy-lindre de pompe au cylindre de vérin mais qui empêcheson retour. Il faut un autre clapet de non-retour pourempêcher le piston de pompe de forcer le liquide dansle réservoir plutôt que dans le cylindre de vérin. On

n'obtient du rochet qu'un mouvement unidirectionnel;si l'on veut descendre la charge, il faut contourner lerochet. On y arrive en ajoutant un tuyau entre le cylin-dre de vérin et le réservoir, et en plaçant une soupapesur le tuyau. Quand cette soupape est ouverte, -la chargeforce le liquide à retourner dans le réservoir, contour-nant le cylindre de pompe et les clapets de non-retour.

7.3 Levier mécaniquePour pousser le liquide dans le cylindre de vérin,

le piston de pompe doit se mouvoir de haut en bas. Iln'est pas toujours facile de le faire directement. C'estpourquoi on installe un levier mécanique avec rapportd'environ 10:1 pour actionner le piston de pompe.Cela a pour effet non seulement de faciliter le fonc-tionnement du vérin hydraulique, mais aussi d'augmen-ter de 10 fois son rapport total. Dans l'exemple quenous avons choisi, le rapport total passerait à 100:1,c'est-à-dire un levier mécanique de 10:1 et un levierhydraulique de 10:1. Le levier mécanique transmet les

petites forces, alors que le levier hydraulique transmetles grandes forces.

8. SYSTÈME DE BASE DE TRANSMISSIONHYDRAULIQUE

Le vérin hydraulique est un bon -exemple d'unsystème de transmission hydraulique, car-il contientles six composants fondamentaux de tout sÿstème. Unseul composant est liquide, les autres sont des compo-

sants mécaniques nécessaires à la manipulation duliquide et à la marche du système.

1) Le liquide est le composant fondamental d'un

système hydraulique.2) La pompe dans un vérin hydraulique consiste en

un piston pompant actionné manuellement et deuxclapets de non-retour. La pompe doit normalementfournir un débit continu de liquide et elle est conçuepour être actionnée par l'arbre rotatif du générateurde force motrice.

3) La commande est un cylindre et un piston devérin. Elle reconvertit le mouvement liquide en mouve-ment mécanique, soit l'inverse de ce que fait la pompe.

4) Les contrôles sont nécessaires pour régler l'écou-lement du liquide vers la commande et son retour,

si une transmission hydraulique doit être efficace. Lecontrôle du mouvement de la commande dans le vérinhydraulique est effectué _par la soupape qui déterminesi le cylindre de vérin retiendra, soulèvera ou descendrala charge, selon qu'elle est ouverte ou fermée.

5) Le réservoir emmagasine suffisamment de liquidepour permettre le fonctionnement à pleine course dela commande, plus la quantité requise pour remplirtous les composants et une réserve.

6) La tuyauterie relie la pompe à la commande.

Toutes les transmissions hydrauliques ont besoin d'unetuyauterie pour transporter le liquide d'un composant

à l'autre. La tuyauterie est aussi importante à l'entraî-nement hydraulique qu'une chaîne à l'entraînementmécanique ou que les fils à la transmission électrique.

9. CIRCUIT HYDRAULIQUE

Quand un vérin hydraulique est en opération, leliquide est retiré du réservoir d'entreposage et trans-féré dans le gros cylindre de vérin où il est entreposésous pression. Le niveau du liquide dans le réservoirbaisse et le volume du cylindre de vérin augmente. Àmesure que la charge descend, le cylindre de vérinretourne le liquide au réservoir. Dans la plupart dessystèmes, cependant, il y a transmission continue del'énergie et la pompe doit pouvoir s'alimenter à unesource illimitée de liquide, autrement elle manquerarapidement d'huile. Le liquide ne peut donc pas êtreentreposé à la commande, comme dans le cas du vérinhydraulique. Il doit accomplir son travail sur la com-mande et retourner ensuite immédiatement au réser-

voir. Ce faisant, il complète un circuit, par des tuyauxreliés entre eux, depuis le réservoir jusqu'à la pompe,de la pompe à la commande et de là retourne au réser-voir, pour assurer à la pompe tout le liquide dont ellea besoin. Le circuit hydraulique est le chemin parcourupar le liquide quand il est retiré du réservoir, pressuriséet qu'il reçoit de l'énergie par la pompe actionnée parle moteur, se débarrasse de cette énergie à la commandepour enfin retourner au réservoir sous basse pression

et être prêt à être utilisé de nouveau.

8

qui cause une résistance supplémentaire. On ne peutéliminer l'écoulement turbulent, mais on peut l'atténueren utilisant un tuyau à âme lisse plutôt que rugueuseet en diminuant la vitesse d'écoulement du liquide(fig. 9).

EaaUL£kmrr wmwRe OU HYDRODYNAMIQUE 1DEa[wieLq

EaoUIEYEMr TURBULENT UNDftRABLE)

^ES9E NULLE A LA PAROI DU

V[W-95E MAIL AU CENTRECm TUYAU

Fic. 9 Écoulements laminaire et turbulent

10. CARACTÉRISTIQUES DE L'ÉCOULEMENTDES LIQUIDES

Un liquide n'est pas dépourvu de friction et il fauttoujours un certain travail pour le faire couler, ce quiveut dire qu'une pression est nécessaire à son écoule-ment. Cette pression est faible, mais il faut l'appliquerpour forcer les molécules du liquide à glisser les unesà côté des autres.

Un liquide, à. l'intérieur d'un récipient, tend àadhérer aux parois et il faut une force supplémentaire

pour briser ce lien. Cette friction cause une résistanceà l'écoulement, et un liquide doit être entraîné parforce dans toute tuyauterie, même si ce n'est que pourévacuation dans l'atmosphère. Si l'écoulement est doux(laminaire), il engendre une résistance moindre. Dansce type d'écoulement, le corps du liquide glisse parcouches. La couche qui adhère à la paroi du tuyau eststationnaire, mais plus une couche est éloignée de laparoi, plus elle se déplace rapidement. Cependant,dans un système hydraulique, l'écoulement sera trèsprobablement turbulent. Le liquide roule en quelquesorte à l'intérieur du tuyau et les couches se brisent, ce

CHUTE DE PRESSION UTILE

11. CHUTE DE PRESSION

La force ou pression requise pour pousser unliquide dans un circuit dépend du type d'écoulementet du nombre d'obstructions. La pression est toujoursplus élevée au point de décharge de la pompe qu'à lasortie du système, et on dit que la pression baisse àmesure que le liquide s'écoule vers la sortie.

«Chute de pression» signifie la différence de pres-sion entre deux points donnés d'un circuit. Plus lachute de pression requise pour forcer le liquide dansle circuit est grande, plus grands sont le pouvoir gas-pillé et la chaleur engendrée; mais cette perte ne seproduit que si le liquide est en mouvement. Si le liquidecesse de s'écouler, il est alors maintenu dans un réci-pient fermé et la pression sera la même à tous lespoints. Cependant, la chute de pression entre l'orificed'entrée et l'orifice de sortie d'un dispositif de com-mande n'est pas inutile. Elle est une mesure du travail

accompli par le liquide en actionnant l'arbre de lacommande. Cette chute de pression est engendrée parcharge supportée par la commande et elle se produit,que le liquide du système soit stationnaire ou en mou-

vement. Les deux genres de chutes de pression dansun circuit de transmission peuvent donc être appelés«utile» et «inutile» respectivement. Si la chute de pres-

sion est engendrée par la charge du système, elle estutile; mais si on en a besoin seulement pour vaincre larésistance du circuit à l'écoulement, elle est inutile etdevrait être aussi faible qu'il est pratique de le faire(fig. 10).

CHUTE DE PRESSION INUTILE

LA PRESSION BAISSE A MESURE GIELE UOUIDE S'ÉCOULE DANSLA TUYAUTERIE •

PRESSION1 ATMOSPHÉRIQUE

SI LE RÉSERVOIRA UNE PRISED'AIR

Fic. 10 Chutes de pression utile et inutile

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